天然変性タンパク質Ａｔｇ１３によるオートファジー始動の制御機構

• 研究領域: 天然変性タンパク質の分子認識機構と機能発現
• 研究課題/領域番号: 24113725
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 公益財団法人微生物化学研究会
• 研究代表者: 野田 展生 公益財団法人微生物化学研究会, 微生物化学研究所, 主席研究員 (40396297)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円); 2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2012年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: オートファジー / 天然変性タンパク質 / Atg13 / 天然変性 / Atg1 / Atg17 / 構造生物学

研究概要

天然変性タンパク質Atg13は、飢餓時速やかに脱リン酸化され、Atg1およびAtg17と結合することでAtg1複合体を形成し、オートファジーの始動を引き起こす。しかしAtg13がその天然変性領域を用いてどのように他のAtg因子と相互作用するのか、リン酸化によるそれら相互作用の制御はどのように行われているのか等、分子機構の詳細ほほとんどわかっていなかった。
昨年度、Atg1-Atg13複合体の構造決定に成功したが、本年度はAtg13-Atg17複合体の結晶構造解析を行った。その結果、Atg13は天然変性領域内の短い領域二ヶ所を用いて、Atg17のN末端付近とC末端付近の互いに遠く離れた２つの酸性ポケットに結合することが明らかとなった。In vitro、in vivo両面での機能解析の結果、Atg13の２つのAtg17結合領域内に含まれるセリン残基のリン酸化により、Atg17との結合が直接負に制御されることを示した。リン酸化によりAtg13に導入される負電荷が、Atg17の酸性ポケットの負電荷と反発することで結合が減弱されると考えられる。さらにLC-MS/MSおよびリン酸化抗体を用いた解析により、これら結合を負に制御するリン酸化セリンが飢餓により脱リン酸化されることを明らかにした。すなわち飢餓によりAtg13の天然変性領域内の特定のセリン残基が脱リン酸化されると、Atg1およびAtg17両方への高い親和性を獲得し、その結果Atg1複合体の形成およびオートファジーの始動が起きることが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] オートファジーの構造生物学 主要Atg因子の構造の最新像と未解決課題 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野田 展生
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 31 ページ: 1355-1361
• [雑誌論文] オートファジーの構造生物学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野田 展生
  • 雑誌名: 生化学 巻: 85 ページ: 762-774
  • NAID: 10031202188
• [雑誌論文] Structure of the Atg12-Atg5 conjugate reveals a platform for stimulating Atg8-PE conjugation (2013)
  • 著者名/発表者名: Noda, N. N., Fujioka, Y., Hanada, T., Ohsumi, Y. and Inagaki, F
  • 雑誌名: EMBO Reports 巻: Vol.14 号: 2 ページ: 206-211
  • DOI: 10.1038/embor.2012.208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Noncanonical recognition and UBL loading of distinct E2s by autophagy-essential Atg7. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Matoba K, Sawada R, Fujioka Y, Nakatogawa H, Yamamoto H, Kobashigawa Y, Hoshida H, Akada R, Ohsumi Y, Noda NN, Inagaki F.
  • 雑誌名: Nat. Struct. Mol. Biol. 巻: 19 号: 12 ページ: 1250-1256
  • DOI: 10.1038/nsmb.2451
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure-based analyses reveal distinct binding sites for Atg2 and phosphoinositides in Atg18. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasunori Watanabe, Takafumi Kobayashi, Hayashi Yamamoto, Hisashi Hoshida, Rinji Akada, Fuyuhiko Inagaki, Yoshinori Ohsumi, Nobuo N. Noda
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 287 号: 38 ページ: 31681-31690
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.397570
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of the novel C-terminal domain of vacuolar protein sorting 30/autophagy-related protein 6 and its specific role in autophagy. (2012)
  • 著者名/発表者名: Noda, N. N., Kobayashi, T., Adachi, W., Fujioka, Y., Ohsumi, Y. and Inagaki, F.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 287 号: 20 ページ: 16256-16266
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.348250
  • 査読あり
• [学会発表] オートファジーの構造生物学的研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野田 展生
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡）
  • 年月日: 2012-12-14
  • 招待講演
• [学会発表] オートファゴソームの形成と選択的積荷取り込みの構造基盤
  • 著者名/発表者名: 野田 展生
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 招待講演
• [学会発表] Atg13を介したオートファジー始動機構の構造基盤
  • 著者名/発表者名: 藤岡 優子, 鈴木 翔, 山本 林, 星田 尚司, 赤田 倫治, 稲垣 冬彦, 大隅 良典, 野田 展生
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 飢餓によるオートファジー始動の分子機構
  • 著者名/発表者名: 野田 展生
  • 学会等名: 細胞内ロジスティクス・シンポジウム
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場
  • 招待講演
• [学会発表] 構造生物学と生化学から迫るオートファジーの分子機構
  • 著者名/発表者名: 野田 展生
  • 学会等名: 平成２５年度日本生化学会関東支部例会
  • 発表場所: 山梨大学甲府キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Atg13を介したオートファジー始動機構の構造基盤
  • 著者名/発表者名: 藤岡 優子, 鈴木 翔, 山本 林, 星田 尚司, 赤田 倫治, 稲垣冬彦, 大隅 良典, 野田 展生
  • 学会等名: 平成２５年度日本生化学会関東支部例会
  • 発表場所: 山梨大学甲府キャンパス